ВсОШ 2026, 9–10 классы, №Н-6

(только для и классов)

Трёхэлементное соединение Х стабильно даже при высоких температурах, обладает высокой твёрдостью, а также диэлектрическими свойствами, что делает его перспективным материалом для создания термостойких покрытий. Для получения Х используются соединения и , представляющие собой нитрат металла М и хлорид металла соответственно. Синтез Х требует очень точного соотношения реагентов. Для установления точного состава навеску массой г поместили в тигель массой г и прокалили в муфельной печи в течение нескольких часов при температуре (р-ция ). Масса тигля с веществом после прокаливания составила г. Полученное вещество пересыпали во взвешенную лодочку (потеря вещества при пересыпании – %), которую поместили внутрь трубчатой печи и нагревали при в атмосфере водорода ( р-ция ). Затем образец охладили в инертной атмосфере и взвесили, его масса составила г. Известно, что металл М, содержащийся в , имеет единственную устойчивую в водных растворах степень окисления.

Вопрос . Определите металл М, содержащийся в , и количество молекул воды на одну формульную единицу с точностью до сотых.

Металл .

Войдите, чтобы проверять ответы

Молекул воды (до сотых).

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос . Запишите уравнения реакций – .

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Для определения состава вскрыли герметичный пакет и растворили г в растворе (р-ция ), раствор нейтрализовали азотной кислотой, добавили для маскировки металла и прибавили избыток нитрата серебра (р-ция ). Полученный белый осадок отфильтровали и высушили. Его масса составила г. Известно, что металл , содержащийся в , находится в самой стабильной для него степени окисления и не проявляет окислительных свойств.

Вопрос . Определите . Напишите уравнения реакций и .

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос . Что произойдет, если нарушить герметичность упаковки с ? Приведите уравнение реакции. Как можно сохранить , если пакет уже вскрыли?

Ответ приведите в полном решении в конце задачи.

Для синтеза Х приготовили два раствора: () водный раствор г ; () мл этанольного раствора г . Затем смешали весь раствор (),

мл раствора () и добавляли по каплям %-ный раствор аммиака до ≈ . Выпавший осадок отфильтровали и прокалили в муфельной печи до образования Х.

Вопрос . Определите формулу Х. Почему Х не получают прокаливанием двух бинарных веществ?

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Для подтверждения состава Х провели рентгенофазовый анализ кристаллического порошка. Метод основан на анализе дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решётке. Отражаясь от упорядоченных слоев атомов, рентгеновские лучи накладываются друг на друга и создают на детекторе совокупность дифракционных максимумов (рефлексов). Полученное изображение (рентгенограмма) позволяет определить положение и интенсивность этих рефлексов. Рентгенограмма строится в координатах «интенсивность» от «удвоенного угла дифракции (θ)» и служит точным графическим паспортом вещества. Отражения от плоскостей с индексами Миллера hkl (), (), () отмечены на рентгенограмме (на отдельном листе).

Полная рентгенограмма: шкалы 2θ и интенсивности, hkl и три рефлекса «?»

Вопрос . С помощью линейки определите положение максимумов отмеченных пиков и рассчитайте параметры ромбической элементарной ячейки Х (параметры , , различные, а все углы в элементарной ячейке равны °).

, Å.

Войдите, чтобы проверять ответы

, Å.

Войдите, чтобы проверять ответы

, Å.

Войдите, чтобы проверять ответы

Плотность Х определили гидростатическим методом, для этого образец массой г, подвешенный на нити, поместили в стакан с водой. В результате этого масса погруженного образца составила г.

Вопрос . Рассчитайте плотность и определите количество формульных единиц в элементарной ячейке.

Плотность, г/мл.

Войдите, чтобы проверять ответы

Формульных единиц в ячейке.

Войдите, чтобы проверять ответы

Вопрос . Также на рентгенограмме присутствуют рефлексы отмеченные «?», определите для этих линий индексы Миллера hkl.

Войдите, чтобы проверять ответы

Справочные данные:
Закон Вульфа-Брэгга: d·sinθ = nλ, где – расстояние между параллельными плоскостями кристаллической решётки, θ – угол рассеяния рентгеновских лучей, λ – длина волны рентгеновских лучей (в данном эксперименте λ = Å), – порядок дифракции (для расчетов примите = ). Для ромбической сингонии связано с индексами Миллера и параметрами ячейки следующим образом:

Схема дифракции рентгеновских лучей: d, θ и разность хода

Полное решение задачи.

Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.

Фото или PDF, до 20 МБ на файл, до 10 файлов. Ответ проверят вручную.
Войдите, чтобы проверять ответы
Ответ

Решение

. Название задачи и наличие у металла в единственной устойчивой степени окисления намекают на редкоземельные элементы. Проще всего проверить это предположение двигаясь по вопросам задачи. Масса полученного металла после реакции оксида элемента с водородом г. Масса вошедшего в реакцию оксида ( − )·( − ) = г. Отсюда массовая доля металла в оксиде / = %. Перебором степеней окисления металлов, способных образовывать устойчивые нитраты (+, +, +) получаем: металл – , оксид – . Перебор также даёт химически неподходящие варианты: , . Посчитаем количество воды в – ·,

. Отсюда = => = . (принимаются также – ).

. Уравнения реакций:

. Белый осадок вероятнее всего . = мкмоль. Тогда на один хлор в хлориде () = г/моль. Значит на металл в хлориде приходится − = г/моль на один хлорид. Перебором получаем и . Если бы это был , наблюдалось выпадение осадка гидроксида железа(, значит – .

также допускается написание или

. Пентахлорид ниобия быстро гидролизуется на воздухе: + =

  • . Одним из способов сохранить для дальнейшего синтеза – запаять порошок в стеклянную ампулу.

ммоль. г. = ммоль. ( ·./ = :. В щелочной среде будет выпадать смешанный гидроксид который при прокаливании даст смешанный оксид. Состав – . Прокаливание смеси оксидов для получения можно использовать, но время протекания твердофазных реакций сильно зависит от размера частиц. Поэтому для снижения температуры синтеза и уменьшения времени синтеза используют различные методы гомогенизации (получение мелких частиц, либо соединений содержащих компоненты в заданном соотношении).

. Воспользуемся законом Вульфа -Брегга из справочных данных: d·sinθ = nλ, λ = Å, = . Зная θ находим :

Обозначим / = ; / = ; / = , тогда + = ()−; + z = () −; + + z = ()−. Решая систему уравнений получаем:

. Рассчитаем массу вытесненной воды: − = г, тогда объем вытесненной воды, он же объем образца, равен = г/( г/мл) = мл. Откуда плотность Х равна ρ = г/ мл = г/мл Рассчитаем количество формульных единиц в элементарной ячейке

. Для определения индексов Миллера необходимо подобрать такие , и , которые дают межплоскостные расстояния, соответствующие приведенным в условии углам θ. Вычислим по закону Вульфа-Брегга:

| --- | --- | --- |
| | | |
| | | |
| | | |

Умножим ранее вычисленные , и на для удобства:
/ = ·( х) + ( ) + ( ) = + +
Для начала разделим на , и . ≈·, значит, рефлексу

° соответствуют индексы Миллера ( ). Рефлекс близок к ( ), при этом и с имеют близкие значения, проверим индексы ( ): + + = , что близко к найденному . Для определения индексов Миллера последнего рефлекса вычислим произведения квадратов индексов Миллера на ,,:

Квадрат индекса z

Зачеркнутые числа не подходят, т.к. или больше искомого или уже использованы. ≈ + , т.е. индексы Миллера последнего рефлекса ( )

1

Определение неодима – балла, количество воды в – балл (за другую точность штраф балла)

3
2

Уравнения реакций и по баллу

2
3

Определение – балла. Уравнения реакций и по баллу

4
4

Указание гидролиза – балла. За уравнение реакции – балл, за идею как сохранить – балла

2
5

Определение – балл. Объяснение необходимости гомогенизации – балл

2
6

Определение параметров ячейки по балла, из них балл за нахождение (хотя бы одного), балла за правильно составленную систему уравнений

6
7

Определение плотности – балл, определение – балла

3
8

Определение hkl для указанных рефлексов по баллу

3
Максимум: 25

Похожие задачи

ВсОШ 2024, 9–11 классы, №Н-9

«– Будь осторожен! – А когда я был неосторожен за эти долгие годы? – Да, пожалуй, не был. Тем обиднее оступиться в конце пути.» Дж. Р. Р. Толкин, «Две крепости» Металл X малореакционноспособен, растворяется при нагревании в смеси плавиковой и азотной кислот (р-ция 1). Препаративным методом получения

ВсОШ 2024, 10 класс, №10-1

Золотая середина Металлы X и mathrm{Y} обычно встречаются в земной коре в близких по составу мышьяковосульфидных рудах. Несмотря на близость в Периодической системе, свойства этих металлов достаточно сильно отличаются. Они образуют сульфиды A2 и mathrm{B2} аналогичного состава,

ВсОШ 2024, 9–10 классы, №Н-6

«Структуры без конца» Элемент A образует ряд бинарных (X1-X4) соединений с четырьмя разными элементами одной и той же группы, структуры которых имеют цепочечное строение и представлены на рисунках: Н-6: схема или рисунок к условию, фрагмент 1, страница 9 В скобках указана массовая доля элемента A в

ВсОШ 2024, 11 класс, №11-1

Наручники для аниона – клетка для катиона? 11-1: схема или рисунок к условию, фрагмент 1, страница 1 Структуры [K2]+ и [Q2]-. Существуют ли действительно некоординирующиеся анионы? Разве не здорово было бы иметь возможность получать любые сумасшедшие, крас